加至该16%的白蛋白溶液中。在相似的条件下，通过马普尔米勒(Marple Miller)级联撞击器以30升每分钟对一个白蛋白气溶胶进行取样。该撞击器的每级都用水冲洗3次并且每级上的相对质量是通过分光光度计在508纳米确定的。在对数概率纸上绘制累计质量。发现质量中位直径是3.4 μm。发现所收集的气溶胶的85%是在可吸入范围内，即所有级的总和总计并且包括5微米。
[0191]为了确定该经雾化的蛋白是在穿过该雾化器时被降解，对猪的胰蛋白酶进行雾化并收集。将这个胰蛋白酶溶液布置在一个铺满细胞培养基上。看到这些细胞与底物分离。与相似浓度的尚未被雾化的胰蛋白酶的结果之间没有看出差异。
[0192]为了估计所产生的白蛋白颗粒的形状和表面特性，在12毫米直径的Millipore过滤器上收集该输出口处的颗粒。该过滤器被布置在一个具有相似流动特性的较大过滤器的中心处。接着，将这个过滤器安装在一个电子显微镜螺柱上并且直立储存在一个干燥器中。用钯金对每个样品进行溅射并且在倍率1500的SEM上记录多个随机图像。发现这些白蛋白颗粒是球状的，具有光滑的表面。
[0193]本披露的说明书中所描述的这些实施例提供了用于从液体溶液或悬浮液产生浓缩的干燥可吸入颗粒的实用、紧凑且便携的装置。本披露在小的实际临床装置中提供了用于产生水性气溶胶并且通过稀释和加热来快速地蒸发该水性气溶胶、并且此后将所得的颗粒进行浓缩并且以与正常的吸气流量的整个范围兼容的流速来传送它们的方式。
[0194]在此描述了在实施例中包含许多有价值的特征，这些特征:i，能够改善功能、?.促进这些实施例的实际使用、并且ii1.具有临床上的优点。
[0195]除其他优点外，本发明的实施例尤其实现了以下方面:
[0196]a)从与蒸发室直接相邻的来源向新近形成的水性气溶胶颗粒提供了在水的最大红外吸收波长处的辐射热。
[0197]b)允许该装置与不同的喷嘴夹持件构型一起使用并且允许这些是容易地可互换的。这些喷嘴夹持件使得压缩气体能够被传送至中央孔口或中央流体流周围。这些喷嘴夹持件被键联至该流动调节器上并且可以包括或可以不包括一个可压缩流体储存器。
[0198]c)提供了一个装置用于:在一个方向上的经加热的高速度逆流气体流束以及在相反方向上的均匀的较低速度流，同时允许由气溶胶羽流和逆流气体造成的干扰。这是使用两级流动调节器以最小压降实现的。
[0199]d)通过使用具有约1.1毫米宽的径向输入缝隙以及1.4毫米宽的输出缝隙的可变长度缝隙浓缩器来有效地浓缩可吸入气溶胶而在输入与排气之间具有最小压降，其中在上游和下游表面二者上该输入和输出锥体本质上都是抛物线的。
[0200]e)通过包含一个空腔以允许涡流松弛而将由于该浓缩器的输出口处的湍流造成的任何气溶胶沉积最小化。
[0201]f)通过利用一个内部抛物线形的输出锥体提供了一个用于在输出口处传送经浓缩的气溶胶的有效装置。
[0202]g)消除了大直径上的高压连接件，因此该装置可以容易地组装并拆卸以便清洁。
[0203]h)降低了气体流动的阻力从而使得能够构造小装置而使用小鼓风机来提供该稀释气体。
[0204]i)将该装置的各个部件之间的气体和/或气溶胶的泄露最小化，同时通过包括至少两个并且优选地3或4个相互垂直的表面而维持各个部件之间的结构整体性连接。
[0205]j)有助于提供与该气溶胶羽流精确共轴的并且与该气溶胶羽流具有相反方向的可去除的逆流气体，一个逆流管被键连至一个流动调节器中。
[0206]k)将经加热的压缩气体提供至该喷嘴和该逆流管二者，同时通过将一个分流器和流量调节孔口结合在该流动调节器中而将热损失最小化。
[0207]I)通过在该浓缩器中心中具有一个隆起的凸形圆柱形突出部和十字以及相反的凹形凹陷，有助于容易且精确地组装和拆卸这些浓缩器板。这些提供了轴向和旋转意义上的高精确对齐。
[0208]m)通过使用罩和过滤器端口防止该排气流中的任何气溶胶污染大气。
[0209]η)提供处于小的正压力下的经浓缩的气溶胶作为有困恼的患者的压力辅助以便产生足够的吸入压力和流动从而触发其他干粉吸入装置。
[0210]O)通过将这些实施例的可消毒部件与该装置内部的正压一起使用来产生、干燥并且浓缩接近无菌的气溶胶。
[0211 ] 在下文中，总结了根据本发明的实施例。
[0212]气溶胶的产生
[0213]将有待雾化的液体供送至该喷嘴夹持件的输入端口 2005中并且经多个通道传递至该喷嘴1024。将用于雾化有待雾化的液体所需要的压缩气体提供至接头1019。它穿过加热器1011，在该加热器中气体被加温至所需温度。这个温度是用热电偶测量的并且该加热器是使用PID控制器进行调节的。这个经加热的气体被分成两个流。一个流束被引导穿过一个通向该逆流管1102的流量限制孔口 5024。剩余的流束行进至该环形凹槽4071中并且从那里进入这些桶端口 2008、3008并且由此到达该喷嘴1024。该喷嘴中有待雾化的液体与该高压气体的相互作用导致产生了液体气溶胶的羽流2106。该逆流管中的暖和气体被引导至与该羽流共轴但是方向相反的气溶胶羽流中。这个气体流在该喷嘴与该逆流管的末端的中间捕获了该气溶胶羽流。将这个经加热的气体注入该气溶胶羽流中增强了该液体溶剂的快速蒸发。
[0214]如图1所示，该气溶胶处理系统包括两个气体加热器:一个气体加热器1011，用于加温该压缩气体以便产生气溶胶并且提供一个逆流5120 (参见图5A)以便捕获该气溶胶羽流2106 ;并且另一个气体加热器1004，用于加温用于稀释该气溶胶的气体。这些暖和气体流在一个流动调节器内被分配给其对应的功能。在该流动调节器歧管1020 (参见图5A)，该压缩的暖和气体被分成两个部分:一个被路由穿过该喷嘴夹持件2001的桶以便在该喷嘴的尖端处产生气溶胶；并且另一个用于形成与该喷嘴羽流2106共轴但是方向相反的逆流气体流5120。通过使用一个辐射加热器6001以及其他相关联的反射器6002和6003来增强该气溶胶在经过蒸发室5100时的蒸发。使该气溶胶加速穿过该低阻力虚拟撞击器的加速板6110(参见图7A)中的喷嘴7002、7102和7202。具有比气体分子高得多的动量的这些颗粒越过一个空隙并且穿过该减速板7120中的减速喷嘴7003、7103和7203的缝隙而进入这些输出口收集锥体中。当该虚拟撞击器的输出口处的气溶胶流速低于该进入该虚拟撞击器时的流速时，残留气体在该加速板6110与减速板7120之间被排放。这些颗粒中大多数穿过该减速板7120中的缝隙并且因此包括该输出气溶胶。
[0215]图1展示了本发明的气体输入和调节部件的示意图。根据需要提供一个任选的气体干燥室1002以供使用。这个干燥器的室中填充了干燥剂1003。一个微型鼓风机1001通过一个流量测量装置1023被连接至一个稀释气体加热器1004上。这个加热器1004通过该直角接头1013被连接至该流动调节器歧管1020上的入口 4028上。一个热电偶(未显示)位于这个直角接头的管腔中。该流动调节器具有被带有多个槽缝5012的隔流板5103所分开的两个环圈形通道5021、5022，这些槽缝允许气体从一个通道5021通向另一个通道5022。该流动调节器的第二级通过这个第二流动调节器5102中的这些孔5013、5023被连接至一个蒸发室5100上。该蒸发室5100定位在该流动调节器歧管1020与一个气溶胶浓缩器6110之间。该气溶胶浓缩器具有多个径向安排的加速喷嘴7002、7102、7202，这些喷嘴也被连接至该排放通气室7004上。这些减速喷嘴7003、7103和7203是在这些加速喷嘴7002、7102和7202的紧密附近并且分别与这些喷嘴对齐。这些减速喷嘴的下游末端与该湍流衰减空腔7016以及气溶胶收集锥体7006相邻。这个收集锥体被连接至一个所希望的调节该输出流量的输出装置或人(未显示)。
[0216]将压缩气体提供至接头1019。这个接头被连接至该压缩气体加热器1011上。这个压缩气体加热器被连接至该流动调节器歧管1020上的输入端口 4028之上。这个端口4028被连接至一个分流器上。这个分流器的一侧经一个流量限制孔口 5024被连接至该逆流管1102上。这个分流器的另一个侧被连接至一个环形凹槽4071上。这个环形凹槽与该喷嘴夹持件上的多个端口 2008接界。这些端口穿过多个通道被连接至该喷嘴1024上。该流体端口 2005在一个优选的构型中是一个鲁尔接头。这个端口 2005通过多个通道被连接至该喷嘴1024上。
[0217]本发明结合了一个新颖的易于更换的一体式喷嘴夹持件和喷嘴1024。将该喷嘴夹持件的桶2001或3001沿着该流动调节器歧管1020的中心轴线插入该圆柱形接收座4030中。如所指出的，这个歧管中的一个圆周凹槽4071与该喷嘴夹持件2001、3001上的桶上的这些端口 2008相邻。
[0218]通过一个小鼓风机1001来提供用于稀释并且帮助蒸发液体气溶胶的气体。这个气体的流量是在该气体经过该流量计1023时测量的。这个气体在穿过该加热器1004时被加热。这个高速暖和气体穿过该直角通道1007而到达该入口 5122。这个气体流在穿过这些压力平衡室5021、5222和这些隔流板5103、5102时被转换成具有相对均匀速度的流。这个高速稀释气体通过这个非常低阻力的流动调节器被转换以便在该蒸发室5100中提供均匀的气体流，使得该输出气溶胶在进入该虚拟撞击器(图7A、7B、7C、7D、7E、7F所示)的加速板6110(参见图6A)时其速度是相对均匀的。
[0219]当该气溶胶流经该蒸发室时，该气溶胶被夹带在该稀释气体内并且进一步被该稀释气体蒸发。这种蒸发通过来自该红外灯6001的红外辐射而增强。现在该固相气溶胶进入这些加速喷嘴7002、7102、7202中而形成多个气溶胶射流。这些射流中的大多数气溶胶进入这些减速喷嘴7003、7103、7203并且被传递至该输出锥体7006。大部分气体(具有远小于这些颗粒的动量)通过该排放通气室7004被排放。
[0220]为了促进在一个受限空间中该水性气溶胶的快速干燥，来自由压缩气体提供动力的喷嘴的气溶胶羽流优选地被稀释气体捕获并且与之混合。这个稀释气体应该被加温。美国专利申请200701445传授了使用共轴的逆流射流来捕获气溶胶羽流。然而，该射流气体和该逆流气体均未被加热，更不必说超过100摄氏度。这个热气体提供了蒸发潜热从而促进这些气溶胶小滴的极其迅速的蒸发。尽管这个输入气体温度高，但是该羽流内的温度总体上低于30摄氏度。这些颗粒通过蒸发潜热被冷却。因此，这个热气体的提供不会导致所产生的气溶胶中任何蛋白质的变性。
[0221]水平系统
[0222]美国专利申请200701445中描述的虚拟撞击器型浓缩器具有2.5微米的截断值。这个现有技术的系统回避了收集和再悬浮干粉末物混合物的必要性，这是一个耗时的并且潜在有浪费的过程。然而，这个液体至干粉气溶胶发生器在相对高压(20-50psi)下使用直至300升的稀释气体。这需要一个5马力的压缩机和一个加压气体罐。这样大且昂贵的压缩机和/或大压缩气体罐的介入使得该现有技术装置对家庭使用而言是不切实际的。
[0223]根据本发明的系统的一些新颖特征是该流动调节器和该虚拟撞击器以及该可替换的筒/喷嘴。另外，通过降低这些气体加热器和这些互连部件上的压降而实现了其他优点。
[0224]这促进了具有小于I的密度的蛋白质气溶胶的产生、稀释、蒸发以及浓缩，这提供了尺寸为约I微米及以上的颗粒的高浓缩气溶胶以便传送至呼吸道。这是一个紧凑的装置，其稀释气体可以在该整个体积流量中、从该稀释空气鼓风机下游穿过该装置时处于仅
1-3英寸水的压降下。这需要之前的系统(美国专利申请公开号200701445)内固有的压降的实质性减小。
【主权项】
1.一种用于增大气溶胶流中的颗粒浓度的浓缩器，该浓缩器包括: 一个带刻纹的加速板，该加速板具有多个缝隙状的并且径向延伸的进入开口以及多个缝隙状的并且径向延伸的加速板离开开口，这些进入开口被适配成用于接收第一气溶胶体积流量并且具有第一累计截面尺寸，这些离开开口被适配成用于释放该第一气溶胶体积流量并且具有小于该第一累计截面尺寸的第二累计截面尺寸； 一个带刻纹的减速板，该减速板具有多个缝隙状的并且径向延伸的减速板进入开口以及多个缝隙状的并且径向延伸的减速板离开开口，这些进入开口被适配成用于接收具有高颗粒浓度的第二气溶胶体积流量并且具有第三累计截面尺寸，这些离开开口被适配成用于释放该第二气溶胶体积流量并且具有大于该第三累计截面尺寸的第四累计截面尺寸；其中 多个带刻纹的加速通道在这些加速板进入开口与这些加速板离开开口之间延伸，并且多个带刻纹的减速通道在这些减速板进入开口与这些减速板离开开口之间延伸； 这些加速板离开开口与该加速板的离开侧上的一个基底表面间隔开，并且这些带刻纹的减速通道进入开口与该减速板的进入侧上的一个基底表面间隔开； 在该加速板基底表面与该减速板基底表面之间提供了一个空隙，该空隙被适配成用于释放具有低颗粒浓度的第三体积流量；并且 这些加速板离开开口与这些减速板进入开口实质性地重叠，这些开口从更靠近对应的加速板和减速板的中心的一个位置在径向方向上延伸到更靠近对应的加速板和减速板的外周边的一个位置；并且 这多个开口包括具有至少两个不同长度的开口。2.根据权利要求1所述的浓缩器，其中第一组的较长缝隙状开口从靠近该加速板和减速板的中心的一个位置延伸到更靠近其外周边的一个位置，而第二组的较短缝隙状开口从与该中心间隔开的一个位置延伸到更靠近该外周边的一个位置。3.根据权利要求2所述的浓缩器，其中第三组的具有的长度在该第一组较长开口与第二组较短开口之间的中等缝隙状开口分别从与该中心间隔开的一个位置延伸到更靠近该外周边的一个位置、并且与该中心相隔的距离比第二组缝隙状开口更短。4.根据权利要求3所述的浓缩器，其中该一组开口的这些缝隙状开口包括四个环圆周地以90度角度彼此间隔开的缝隙状开口，该第三组缝隙状开口包括四个环圆周地以90度角度彼此间隔开并且与该第一组缝隙状开口中对应的相邻缝隙状开口成45度的缝隙状开口，并且该第二组缝隙状开口包括八个环圆周地以45度角度彼此间隔开并且与该第一组和第三组缝隙状开口中对应的相邻开口成22.5度的缝隙状开口。5.根据权利要求1所述的浓缩器，进一步包括一个连接器，该连接器包括在该减速板处的隆起的定位件以及在该加速板处的相应凹陷式接收座、或在该加速板处的隆起的定位件以及在该减速板处的相应凹陷式接收座中的一种，以用于将该加速板和减速板在径向和圆周方式上相对于彼此进行定位，这样使得这些加速板和减速板被对齐成是彼此平行的并且彼此间隔开一个空隙，其中这种对齐包括在圆周方向上的角取向使得这些加速板离开开口与这些减速板进入开口是基本上对齐的。6.根据权利要求5所述的浓缩器，其中该隆起的定位件和相应的凹陷式接收座是十字形的。7.根据权利要求1所述的浓缩器，其中这些缝隙状的加速板离开开口为0.4-1.6_宽，这些减速板进入开口为0.6-2mm宽，这些加速喷嘴的累计长度为10_25cm，并且该加速板基底表面和该减速板基底表面之间的空隙为0.8-2cm08.根据权利要求1所述的浓缩器，其中经组装的加速板和减速板被封装在一个罩中，该罩包括一个径向开口，该第三体积流量通过该径向开口被引导到一个排出端口。9.根据权利要求1所述的浓缩器，包括这样的浓缩效率:使得该第一体积流量中的85 %的颗粒被包含在该第二体积流量中而该第三体积流量仅包含来自该第一体积流量的15%的颗粒。10.根据权利要求1所述的浓缩器，其中该第二体积流量包括该第一体积流量的10% -20%,而该第三体积流量包括该第一体积流量的80% -90%。11.根据权利要求1所述的浓缩器，其中跨越该浓缩器的流动压降在直至250升每分钟的气体流量以及40升每分钟的气溶胶输出流量下为1_水或更小。12.根据权利要求1所述的浓缩器，其中这些减速通道中的至少一些从该进入开口起在该减速板的离开开口的方向上逐渐变宽，并且该减速通道的一个壁包括线性、凸形或抛物线形的形状中的一种。13.根据权利要求1所述的浓缩器，其中这些加速通道中的至少一些从这些进入开口起在该减速板的离开开口的方向上逐渐变窄，并且该加速通道的一个壁包括线性、凸形或抛物线形的形状中的一种。14.根据权利要求1所述的浓缩器，进一步包括一个漩涡松弛室以用于在该气溶胶被一个锥形收集器限制在输出端口中之前衰减这些减速漩涡。15.根据权利要求14所述的浓缩器，其中该锥形收集器具有一个抛物线形状的壁。
【专利摘要】本发明涉及一种用于增大气溶胶流中的颗粒浓度的浓缩器，其包括：带刻纹的加速板和减速板，其分别具有多个缝隙状的且径向延伸的进入开口和离开开口；其中多个带刻纹的加速通道和减速通道分别在加速板和减速板的进入开口与离开开口之间延伸；加速板离开开口与该加速板的离开侧上的基底表面间隔开，带刻纹的减速通道进入开口与该减速板的进入侧上的基底表面间隔开；在加速板与该减速板的基底表面之间提供了被适配成用于释放具有低颗粒浓度的第三体积流量的空隙；加速板离开开口与减速板进入开口重叠，这些开口从更靠近对应的加速板和减速板的中心的位置径向延伸到更靠近对应的加速板和减速板外周边的位置；多个开口包括具有至少两个不同长度的开口。
【IPC分类】A61M11/00, A61M15/00, A61M11/06
【公开号】CN105194772
【申请号】CN201510558157
【发明人】多诺万·B.·耶茨
【申请人】多诺万·B.·耶茨
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2010年9月24日